Найти тему
ЮФУ | SFEDU

В День космонавтики астрофизик ЮФУ рассказывает о мировых открытиях

12 апреля в России отмечается День космонавтики. В последние годы кажется, что в космических исследованиях нет таких прорывов, какие были в 20 веке. На самом деле новых научных открытий в области космоса много, просто совершаются они чаще не на орбите, а в научных лабораториях, а вместо космонавтов на другие планеты пока что летают беспилотники.

2023 год был богат астрофизическими открытиями, о некоторых из них рассказал старший научный сотрудник НИИ Физики Южного федерального университета, кандидат физико-математических наук Роман Ткаченко.

«Возможно, самым главным открытием является регистрация низкочастотного гравитационно-волнового фона с помощью филигранного метода тайминга пульсаров. Этот сигнал был выделен из многолетнего массива данных радиотелескопов, изучающих Вселенную в наногерцовом режиме», — подчеркнул Роман Ткаченко.

Ученые наблюдали за пульсарами и анализировали изменения в их очень регулярном периодическом сигнале, которые были вызваны едва заметным растяжением и сжатием пространства-времени, которое происходит при прохождении гравитационной волны.

В отличие от сигналов, обнаруженных интерферометрами LIGO и Virgo, они имеют чрезвычайно низкую частоту, и для наблюдения за ними потребовался бы детектор, намного превышающий размеры нашей планеты. Собрав воедино информацию, поступающую от огромного количества пульсаров, астрономы превратили нашу галактику Млечный Путь в огромный детектор гравитационных волн, называемый pulsar timing array.

«Этот тип детектора может регистрировать сигналы с частотами порядка наногерц, в то время как диапазон LIGO и Virgo колеблется от 10 Гц до 10 кГц, что позволяет изучать совершенно разные источники, такие как сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах сливающихся галактик», — объяснил Роман Ткаченко.

-2

Вторым по значимости событием учёный ЮФУ назвал публикацию некоторых результатов первого полноценного года работы космического телескопа Джеймс Уэбб.

Был получен спектр одиночной или двойной звезды на большом красном смещении z=5 (примерно 1 миллиард лет времени жизни Вселенной). Обнаружены очень массивные галактики на z>5 – такие галактики присутствуют в моделях, однако их меньше, чем наблюдается с помощью телескопа Джеймс Уэбб. Открытие яркого Квазара на z=10.3 – сверхмассивной черной дыры в молодой Вселенной.

«Кроме того, в 2023 году были открыты новые спутники Юпитера – теперь их 95, составлен полный каталог 1069 белых карликов на расстоянии 40 парсек от Солнца по данным Gaia. Космический телескоп Джеймс Уэбб впервые зафиксировал образование золота, теллура и других тяжелых элементов в результате слияния нейтронных звезд по мощному гамма-всплеску GRB 230307A продолжительностью 200 секунд, являющийся последствием слияния. Это лишь малая часть от открытий 2023 года», — рассказал Роман Ткаченко.

-3

Астрофизик добавил, что открытия учёных, изучающих космос, за последние 100 лет значительно изменили и продвинули наше понимание Вселенной.

В 1920-х годах Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики разбегаются, что означало расширение Вселенной. В 1990-х годах Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс при наблюдениях сверхновых типа Ia обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением, что, в свою очередь, повлекло к необходимости введения во всю физику так называемой темной энергии, обеспечивающей это ускорение.

В 1933 году Фриц Цвикки, основываясь на своем определении динамической массы скопления галактик Кома, с помощью теоремы вириала оценил: реальная масса скопления была в 100 раз больше, чем предполагалось ранее на основе оценки по видимой материи. Позже необходимость учета скрытой массы понадобилась и для объяснения кривых вращения галактик. И по сей день природа темной материи является нерешенной проблемой. Особенность этой материи заключается в том, что она не излучает, не поглощает электромагнитное излучение и, как предполагается, взаимодействует с веществом только через гравитационное взаимодействие.

«И вот эти две загадки: тёмная материя и тёмная энергия говорят нам о том, что мы не знаем, что представляет собой 95% Вселенной. Тёмная материя в 5 раз по массе превышает вклад от всей видимой нами барионной материи, а тёмная энергия составляет 70% энергетического поля Вселенной. Поэтому те, кто думает, что в космосе больше нечего изучать, неправы в корне, человечество делает только самые первые шаги», — поделился Роман Ткаченко.

-4

Понятно, что полёты людей на околоземную орбиту не приблизят разгадку природы этих явлений, тут в игру вступают астрофизики, радиофизики, квантовые физики. Возможно, скоро у науки окажется больше данных в свете, например, работы телескопа Джеймс Уэбб, получающего новые данные о Вселенной на больших красных смещениях.

В России же изучение тёмной материи и тёмной энергии выбрано одной из приоритетных целей строящегося в Сарове Национального центра физики и математики под руководством академика РАН Александра Сергеева.

На фоне необъяснимой сущности тёмной материи и тёмной энергии никуда не исчез главный вопрос, многие годы обращённый человечеством к звёздам: одинока ли Земля во Вселенной как планета, населенная живыми существами. До сих пор не обнаружена даже примитивная жизнь где-либо вне Земли, не говоря уже о разумной жизни.

Вот в поисках жизни или условий для неё пригодных, космические полёты будут продолжаться и к другим планетам Солнечной системы и к экзопланетам соседних галактик. Однако рисковать жизнью космонавтов для этого необязательно — на вооружении у астрономов уже давно стоят беспилотные аппараты

«Первой успешной космической обсерваторией стал советский искусственный спутник земли «Космос-215», оснащенный восемью оптическими телескопами, рентгеновским телескопом и двумя фотометрами. Данный аппарат был запущен на околоземную орбиту и использовался как для наблюдения горячих звезд, так и для регистрации Солнечного УФ излучения, рассеянного на атмосфере Земли», — рассказал Роман Ткаченко.

Сейчас же беспилотные аппараты используются повсеместно и часто представляют собой крупные международные проекты. Так, например, космический телескоп Gaia, расположенный в 1.5 млн. км. от Земли, около точки Лагранжа L2 системы Земля-Солнце, запущенный в 2013 году, до сих пор предоставляет ценнейшие астрономические данные. Главной задачей телескопа является составление подробной карты Млечного Пути. Помимо этого, с помощью Gaia были открыты тысячи экзопланет, а также астероиды и кометы в Солнечной системе.

Телескоп Gaia
Телескоп Gaia

Кроме космических телескопов, в качестве беспилотных аппаратов в исследовании космоса выступают различного рода планетоходы, например, широко известные марсоходы «Кьюриосити» и «Персеверанс», работающие на Марсе и в настоящее время.

Южный федеральный университет поздравляет с Днём космонавтики всех, кто причастен к освоению космоса, следит за этой сферой науки и интересуется тайнами Вселенной. Желаем новых достижений и открытий!